Apresentação - 1 rojecto Geotécnico I Docentes: A. Gomes Coelho Eduardo Fortunato Marília Oliveira Jaime Santos (responsável) João ortugal José Muralha Ricardo Oliveira Mestrado em Geotecnia para Engenharia Civil Apresentação - 2 rojecto Geotécnico I Aulas téorico-práticas (com componente experimental) 15 x 4 = 60 horas lectivas Mestrado em Geotecnia para Engenharia Civil
Apresentação - 3 OBJECTIVOS DA DISCILINA Apresentação - 4 Eurocódigos estruturais: (Normas relativas ao projecto estrutural e geotécnico de edifícios e obras de Engenharia Civil) Eurocódigo 1 Bases de projecto e acções em estruturas Eurocódigo 2 rojecto de estruturas de betão Eurocódigo 3 rojecto de estruturas de aço Eurocódigo 4 rojecto de estruturas de mistas aço-betão Eurocódigo 5 rojecto de estruturas de madeira Eurocódigo 6 rojecto de estruturas de alvenaria Eurocódigo 7 rojecto geotécnico Eurocódigo 8 Disposições para projecto de estruturas sismo-resistentes Eurocódigo 9 rojecto de estruturas de alumínio
Apresentação - 5 arte 1 do EC7 arte 1 Regras gerais arte 2 Design assisted by laboratory testing arte 3 Design assisted by field testing Estado limite Categoria geotécnica Coeficiente parcial Valor característico arâmetros Que tipo de ensaio? Valores derivados das propriedades do terreno (parâmetros) através de correlações ou por medição directa Ensaios de campo Ensaios de laboratório Requisitos essenciais artes 2 e 3 do EC7 Apresentação - 6 Eurocódigo 7: rojecto geotécnico Fundações superficiais Fundações em estacas Estruturas de suporte Aterros e taludes articular atenção à Caracterização Geotécnica Supervisão da construção, observação e manutenção Rebaixamentos e melhoramentos do terreno
Determinação dos parâmetros geotécnicos Os parâmetros geotécnicos devem ser obtidos através de ensaios de campo e laboratoriais; a interpretação dos resultados deve ser feita de forma adequada ao estado limite em consideração. Muitos parâmetros não são constantes verdadeiras, já que dependem de factores tais como o nível de tensão, o modo de deformação, etc.. Informação publicada em condições de terreno semelhantes Número de ensaios; variabilidade Experiência local e geral; correlações entre parâmetros Resultados de obras experimentais e/ou em obras reais Correlações entre os resultados de mais de um tipo de ensaios Apresentação - 7 Apresentação - 8 Evidenciar alguns aspectos fundamentais do comportamento dos solos: deformabilidade (rigidez) e resistência
Apresentação - 9 Quais são as técnicas de ensaio mais apropriadas? Ensaios in situ versus ensaios de laboratório Correlações Empirismo Dispersão! Recurso à centrifugadora Apresentação - 10 Funcionalidade das estruturas Importância da caracterização dos solos no domínio das pequenas deformações
Algumas questões Apresentação - 11 - Será que a caracterização do solo no domínio elástico só pode ser feita através de ensaios dinâmicos? - Os ensaios estáticos e dinâmicos conduzem a parâmetros de deformabilidade elásticos diferentes? - O efeito da anisotropia - O efeito da taxa de deformação - O efeito do tempo?? Algumas respostas Apresentação - 12 - Compreender melhor o comportamento complexo dos solos - Compreender melhor a particularidade de cada um dos ensaios - Compreender algumas evidências empíricas reveladas pela experiência
Apresentação - 13 EUROCÓDIGO 7 Apresentação - 14 Eurocódigo 7: rojecto geotécnico rincípios e Regras de Aplicação Os rincípios englobam: disposições gerais e definições que não admitem alternativa; requisitos e modelos analíticos para os quais não se admitem alternativas excepto quando expressamente indicadas. Os princípios são precedidos da letra. As Regras de Aplicação são exemplos de métodos e procedimentos reconhecidos como adequados. É permitido usar regras alternativas às Regras de Aplicação desde que se demonstre que as regras alternativas estejam de acordo com os rincípios aplicáveis.
Apresentação - 15 Requisitos fundamentais para o projecto de estruturas geotécnicas Factores a ter em consideração no estabelecimento dos requisitos (função das Categorias Geotécnicas): Natureza e dimensão da estrutura e dos seus elementos; Condições relativas à vizinhança; Condições do terreno; Condições de ocorrência da água no terreno; Sismicidade regional; Influência do ambiente (hidrologia, águas superficiais, subsidência, variações sazonais do teor em água do terreno) Apresentação - 16 Os Requisitos do rojecto Geotécnico são estabelecidos em função das Categorias geotécnicas: Categoria geotécnica 1: Estruturas pequenas e relativamente simples Categoria geotécnica 2: Tipos convencionais de estruturas e fundações Categoria geotécnica 3: Estruturas de grande dimensão ou pouco comuns
Apresentação - 17 Categoria geotécnica 1 Estruturas pequenas e relativamente simples: para as quais se possa assegurar que são satisfeitos os requisitos fundamentais apenas com base na experiência e em estudos de caracterização geotécnica de natureza qualitativa; com riscos desprezáveis para bens e vidas; existir experiência comparável que comprove que as condições do terreno são suficientemente simples para que seja possível usar métodos de rotina no projecto. Exemplos: edificações simples de 1 e 2 andares; carga máxima de cálculo de 250kN nos pilares e 100kN/m nas paredes; tipos habituais de sapatas e estacas; muros de suporte de terras e contenções para desníveis até 2m; pequenas escavações para trabalhos de drenagem, tubagens... Categoria geotécnica 2 Tipos convencionais de estruturas e fundações que não envolvam riscos fora do comum ou condições do terreno e de carregamento invulgares ou particularmente difíceis. Requer a quantificação e análise dos dados geotécnicos e uma análise quantitativa que assegurem que são satisfeitos os requisitos fundamentais; podem ser usados procedimentos de rotina nos ensaios de campo e laboratório, bem como na elaboração do projecto e na execução. Exemplos: fundações superficiais, ensoleiramentos e fundações em estacas; muros, estruturas de contenção e escavações; pilares e encontros de pontes; aterros e movimentos de terras; ancoragens; túneis em rocha resistente e não fracturada. Apresentação - 18
Apresentação - 19 Categoria geotécnica 3 Estruturas não abrangidas pelas categorias geotécnicas 1 e 2: estruturas de grande dimensão ou pouco comuns; riscos fora do comum; condições do terreno e de carregamento invulgares e estruturas em áreas de sismicidade elevada. Deve verificar-se que não é excedido nenhum estado limite relevante através de: uso de cálculos; adopção de medidas prescritivas; uso de modelos experimentais e ensaios de carga; uso de um método observacional. Estas metodologias podem ser empregues de forma combinada. Apresentação - 20 Dimensionamento Geotécnico Com base no cálculo or medidas prescritivas Uso de ensaios de carga e ensaios em modelo experimental Método observacional Relatório geotécnico Caracterização Geotécnica Estudos preliminares Estudos para o dimensionamento Determinação dos parâmetros geotécnicos Relatório de caracterização geotécnica
Apresentação - 21 Estudos de caracterização geotécnica Categoria Geotécnica 1 Os estudos de caracterização geotécnica devem incluir uma inspecção visual do local da obra e também a execução de poços pouco profundos, ensaios de penetração ou furos com trado. Categorias Geotécnicas 2 e 3 Estudos preliminares Estudos para o dimensionamento Estudos de verificação das condições do terreno Estes estudos podem sobrepor-se Apresentação - 22 Estudos preliminares Avaliar a adequabilidade do local de uma forma geral Comparar locais alternativos, quando tal for relevante Estimar o impacte que a construção da obra possa causar lanear os estudos geotécnicos para o dimensionamento e para o controlo do comportamento Identificar zonas de empréstimo, quando tal for relevante Estudos para o dimensionamento Obter a informação necessária para o dimensionamento; Obter a informação necessária para a construção Identificar quaisquer dificuldades que possam surgir durante a construção
Apresentação - 23 Estudos para o dimensionamento Identificar de modo fiável a disposição e as propriedades de todos os terrenos interessados pela estrutura projectada ou afectados pelos trabalhos propostos Os parâmetros do terreno susceptíveis de afectar a capacidade da estrutura para cumprir os seus requisitos de comportamento devem ser identificados antes do início do dimensionamento final O EC7 refere ainda um conjunto de princípios a ter em atenção para os estudos de caracterização geotécnica Aspectos de natureza geológica Cavidades Degradação das rochas, solos ou materiais de aterro Efeitos hidrogeológicos Falhas, diaclases e outras superfícies de descontinuidade Solos ou maciços rochosos sujeitos a fenómenos de dilatância Solos e rochas expansíveis e colapsíveis resença de resíduos ou materiais manufacturados Apresentação - 24 Reconhecimento e trabalhos de prospecção Os estudos devem abranger pelo menos as formações que se considere relevantes para o projecto A distância entre os pontos de prospecção e ensaio, bem como a profundidade a atingir, devem ser escolhidas com base na informação sobre a geologia da área, as condições do terreno, as dimensões do local e o tipo de estrutura
Apresentação - 25 Reconhecimento e trabalhos de rospecção Categoria Geotécnica 2: Obras que cobrem uma grande área: os pontos de prospecção podem ser dispostos segundo uma malha com distâncias entre 20 e 40m. Em terrenos uniformes os furos ou poços de sondagem podem ser parcialmente substituídos por ensaios de penetração ou sondagens geofísicas Sapatas isoladas ou contínuas profundidade das sondagens abaixo do nível previsto para a fundação entre 1 a 3 vezes a largura dos elementos da fundação Ensoleiramentos profundidade das sondagens superiores ou iguais à largura da fundação Apresentação - 26 Reconhecimento e trabalhos de rospecção Categoria Geotécnica 2: Obras de aterro identificar os estratos compressíveis susceptíveis de contribuir para o assentamento ( s=10%); distância entre pontos de prospecção = 100 a 200m. Fundações por estacas profundidade das sondagens abaixo da ponta das estacas - 5 vezes o diâmetro previsto. ara grupo de estacas profundidade deve ser maior que a largura de grupo, ao nível das respectivas pontas Devem ser determinadas as pressões da água do terreno; identificar os níveis extremos de eventuais águas livres Deve determinar-se a localização e a capacidade de poços de drenagem ou de bombagem eventualmente existentes na vizinhança do local
Apresentação - 27 Reconhecimento e trabalhos de rospecção Categoria Geotécnica 3: A extensão dos estudos geotécnicos deve ser suficiente para que sejam pelo menos atingidos os requisitos das categorias geotécnicas inferiores Devem ser realizados todos os estudos complementares de caracterização geotécnica de natureza mais especializada que se revelarem necessários Sempre que se recorra a ensaios especiais, os procedimentos de ensaio e os métodos de interpretação devem ser documentados, devendo além disso ser indicadas referências relativas aos ensaios Determinação dos parâmetros geotécnicos Os parâmetros geotécnicos devem ser obtidos através de ensaios de campo e laboratoriais; a interpretação dos resultados deve ser feita de forma adequada ao estado limite em consideração. Muitos parâmetros não são constantes verdadeiras, já que dependem de factores tais como o nível de tensão, o modo de deformação, etc.. Informação publicada em condições de terreno semelhantes Número de ensaios; variabilidade Experiência local e geral; correlações entre parâmetros Resultados de obras experimentais e/ou em obras reais Correlações entre os resultados de mais de um tipo de ensaios Apresentação - 28
Apresentação - 29 Determinação dos parâmetros geotécnicos Identificação do terreno (solos e rochas) eso volúmico (solos e rochas) Compacidade relativa (solos incoerentes) Compactação relativa Resistência ao corte não drenada de solos coesivos Resistência ao corte dos solos em tensões efectivas Deformabilidade dos solos Qualidade e propriedades de rochas e maciços rochosos Apresentação - 30 Determinação dos parâmetros geotécnicos arâmetros de permeabilidade e de consolidação Resistência à penetração estática (CT) Número de pancadas em ensaios (ST) arâmetros pressiométricos arâmetros dilatométricos Compactabilidade (aterros)
Apresentação - 31 ELEMENTOS DE AOIO Elementos de apoio Apresentação - 32 1. Santos, J.A. (2002). Rigidez dos Solos em Estados de ré-rotura. Ensaios Laboratoriais em Solos. 2. Oliveira, M. (2002). rospecção Geofísica Aplicada a roblemas de Engenharia Civil. 3. Schnaid, F. (2000). Ensaios de Campo e Suas Aplicações à Engenharia de Fundações. 4. Oliveira, R. Artigos diversos 5. ENV 1997-1 (1994) "Eurocódigo 7. rojecto geotécnico". Instituto ortuguês da Qualidade. 6. ENV 1997-2 (1997) "Eurocode 7. Geotechnical Design - art 2: Design assisted by laboratory testing". European committee for standardization. 7. ENV l997-3 (1997) "Eurocode 7. Geotechnical Design - art 3. Design assisted by field testing". European committee for standardization. 8. "Ensaios Laboratoriais para Caracterização Mecânica dos Solos". Relatório 265187, LNEC. 9. ASTM D2435-96. Standard Test Method for One-Dimensional Consolidation roperties of Soils. 10. ASTM D3080-98. Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions 11. ASTM D2850-95. Standard Test Method for Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression Test on Cohesive Soils. 12. ASTM D4767-95. Standard Test Method for Consolidated Undrained Triaxial Compression Test for Cohesive Soils. 13. ASTM D40l5-92. Standard Test Methods for Modulus and Damping of Soils by the Resonant- Column Method.